Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τα LED: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Η Δίοδος Εκπομπής Φωτός είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που εκπέμπει φως όταν διέρχεται ρεύμα από αυτήν. Τα LED είναι μικρά, εξαιρετικά αποδοτικά, φωτεινά, φθηνά, ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Οι άνθρωποι πιστεύουν ότι τα LED είναι απλά κοινά συστατικά που εκπέμπουν φως και τείνουν να παραβλέπουν τα ενδιαφέροντα γεγονότα και τα χαρακτηριστικά των LED. Σε αυτό το διδακτικό θα σας διδάξω "Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τα LED", τα οποία περιλαμβάνουν τις βαθμολογίες λειτουργίας, ρεύματος και ισχύος, κατασκευές, τύπους, αριθμομηχανή αντίστασης για LED, χρήσεις, δοκιμές και απλό κύκλωμα LED.

Ακολουθεί ένας σύνδεσμος για τη δωρεάν εφαρμογή Android «Υπολογιστής αντίστασης LED»: Υπολογιστής αντίστασης LED. Αυτή η εφαρμογή σάς βοηθά να υπολογίσετε την κατάλληλη τιμή αντίστασης που απαιτείται για ένα LED.

Ιστορία των LED

Ο πλοίαρχος Henry Joseph Round ήταν ένας από τους πρώτους πρωτοπόρους του ραδιοφώνου και έλαβε 117 διπλώματα ευρεσιτεχνίας. Wasταν ο πρώτος που ανέφερε την παρατήρηση της ηλεκτροφωταύγειας από μια δίοδο, οδηγώντας στην ανακάλυψη της διόδου εκπομπής φωτός. Ο Βλαντιμίροβιτς Λόσεφ παρατήρησε εκπομπή φωτός από κόμβους επαφής σημείου καρμπορούνδου. Κατά τη διάρκεια της εργασίας του ως τεχνικός ραδιοφώνου, παρατήρησε ότι οι κρυσταλλικές δίοδοι που χρησιμοποιούνται στους ραδιοφωνικούς δέκτες εξέπεμπαν φως όταν διερχόταν ρεύμα από αυτούς. Το 1927, ο Λόσεφ δημοσίευσε λεπτομέρειες σε ρωσικό περιοδικό σχετικά με το έργο του σε δίοδοι εκπομπής φωτός. Λίγα χρόνια αργότερα ο Nick Holonyak, Jr. εφηύρε το πρώτο LED ορατού φάσματος (κόκκινο) το 1962, ενώ εργαζόταν ως σύμβουλος επιστήμονας στο εργαστήριο της General Electric Company στις Συρακούσες της Νέας Υόρκης.

Λίστα μερών:

• Ποικιλία LED χρώματος - AliExpress
• RGB LED - AliExpress
• IR LED - AliExpress

Βήμα 1: Σύνθεση & Εργασία

ΕΙΚΟΝΑ:

1. Κατεβάστε ένα LED.
2. Κάτοψη των Ηλεκτροδίων της λυχνίας LED. (μεγαλύτερη- κάθοδος, μικρότερη- άνοδος).
3. Κινηματογράφηση σε πρώτο πλάνο της ανόδου και της καθόδου της LED. (LED κομμένο στη μέση).
4. Η άνοδος και η κάθοδος LED αφαιρούνται από το πλαστικό κέλυφος.

Σύνθεση

Τα πιο κοινά LED αποτελούνται από Γάλλιο (Ga), Αρσενικό (As) και Φώσφορο (P). Οι σύγχρονες λυχνίες LED δεν είναι μόνο τύποι GaAsP - οι υπόλοιπες παρασκευές ημιαγωγών είναι άφθονες! Αυτοί οι ημιαγωγοί χρησιμοποιούνται επίσης σε διάφορα άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

Εργαζόμενος

Το LED είναι μια δίοδος σύνδεσης P-N που εκπέμπει φως. Όταν μια λυχνία LED βρίσκεται σε προκατάληψη, εκπέμπει φως αντί θερμότητας που παράγεται από μια κανονική δίοδο. Όταν ο σύνδεσμος P-N βρίσκεται σε μεροληψία προς τα εμπρός, σε περίπτωση LED, μερικές από τις οπές συνδυάζονται με τα ηλεκτρόνια της περιοχής N και μερικά από τα ηλεκτρόνια από το N συνδυάζονται με την οπή από την περιοχή P-. Κάθε ανασυνδυασμός ακτινοβολεί φως ή Φωτόνια.

Τα LED έχουν όντως πολικότητα και ως εκ τούτου δεν λειτουργούν εάν συνδέονται σε αντίστροφη προκατάληψη. Ο ευκολότερος τρόπος για να ελέγξετε την πολικότητα των κοινών LED είναι κρατώντας το LED κοντά στο μάτι σας. Θα δείτε ότι υπάρχουν δύο ηλεκτρόδια. Το παχύτερο είναι το Cathode (-). Το φως εκπέμπεται από τον καθόδο. Το λεπτότερο ηλεκτρόδιο είναι το Anode (+). [Αν και αυτή η μέθοδος ελέγχου της πολικότητας δεν θα λειτουργήσει για ορισμένα LED όπως LED υψηλής απόδοσης κλπ, όπου ισχύει το αντίθετο]. Γενικά τα LED είναι κατασκευασμένα έτσι ώστε το μήκος των αγωγών της καθόδου και της ανόδου να διαφέρει. Λόγω αυτού, τα LED κατασκευάζονται με το καλώδιο Anode (+) μεγαλύτερο από το καλώδιο Cathode (-). Αυτό διευκολύνει επίσης τον προσδιορισμό της πολικότητας. Σημείωση: Μερικοί κατασκευαστές διατηρούν και τα δύο καλώδια ηλεκτροδίων στο ίδιο μήκος. Για να ελέγξετε την πολικότητα που θα χρειαστείτε για να χρησιμοποιήσετε ένα πολύμετρο.

Βήμα 2: Βαθμολογίες ισχύος και ισχύος, νόμος του Χάιτς

ΕΙΚΟΝΑ: Σύμβολο LED

Τα κοινά LED LED ενδέχεται να λειτουργούν έως ~ 1.5V, αλλά τα κοινά κόκκινα LED χρειάζονται 8 1.8V, τα κοινά πράσινα LED ~ 2V και τα κοινά μπλε και λευκά LED (τα οποία φυσικά είναι μπλε με επίστρωση φωσφόρου) χρειάζονται καλά 3V.

Τα LED δεν έχουν "βαθμολογία τάσης". κινούνται με ρεύμα. Η φωτεινότητα είναι κατά προσέγγιση ανάλογη με το ρεύμα και όχι άμεσα ανάλογη με την τάση. Σε κάθε συγκεκριμένο ρεύμα, θα έχουν τάση προς τα εμπρός, αλλά αυτή είναι δευτερεύουσα του ρεύματος, που είναι ο κύριος παράγοντας που πρέπει να ελεγχθεί.

Τρέχουσες αξιολογήσεις

Οι τρέχουσες βαθμολογίες των LED είναι παρόμοιες επίσης με τις Βαθμολογίες Τάσης. Τα LED έχουν γενικά μια τυπική βαθμολογία ρεύματος. Τα περισσότερα LED απαιτούν περίπου 5-25 mA. Το ρεύμα που απαιτείται από ένα LED εξαρτάται μερικές φορές από το χρώμα του LED. Εάν παρέχετε υπερβολικό ρεύμα, το LED θα καεί και θα υποστεί ζημιά. Από την άλλη πλευρά, εάν παρέχετε πολύ χαμηλό ρεύμα, το LED δεν θα παράγει τη μέγιστη ισχύ του. Οι σύγχρονες υπερβολικά κόκκινες/πράσινες λυχνίες LED μπορούν να δώσουν αποδεκτή έξοδο (για χρήση σε κατάσταση κ.λπ.) σε μόλις 1mA

Βαθμολογίες ισχύος

Τα LED μπορούν να έχουν διάφορες βαθμολογίες ισχύος ανάλογα με τον Τύπο, την Κατασκευή και τις Τρέχουσες Αξιολογήσεις τους, κλπ. Τα LED έρχονται επίσης σε πακέτα «LED υψηλής ισχύος». Τα LED είναι λιγότερο αναποτελεσματικά από τους συμβατικούς λαμπτήρες όπως οι CFL και οι λαμπτήρες πυρακτώσεως.

Νόμος του Χάιτς

Αναφέρει ότι κάθε δεκαετία, το κόστος ανά αυλό (μονάδα ωφέλιμου φωτός που εκπέμπεται) μειώνεται κατά 10 φορές και η ποσότητα φωτός που παράγεται ανά συσκευασία LED αυξάνεται κατά 20 φορές, για ένα δεδομένο μήκος κύματος (χρώμα) φωτός. Θεωρείται το αντίστοιχο LED του νόμου του Moore, το οποίο αναφέρει ότι ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα δεδομένο ολοκληρωμένο κύκλωμα διπλασιάζεται κάθε 18 έως 24 μήνες. Και οι δύο νόμοι βασίζονται στη βελτιστοποίηση της διαδικασίας της παραγωγής συσκευών ημιαγωγών.

Βήμα 3: Δημιουργία

ΕΙΚΟΝΑ:

1. Βασικό LED.
2. Θόλος LED.
3. SMD LED (Μεγάλο).
4. SMD LED (Μικρό).
5. LED που χρησιμοποιείται στην οθόνη 7 τμημάτων.

Τα LED παράγονται σε διάφορα σχήματα και μεγέθη. Το χρώμα του πλαστικού φακού είναι συχνά το ίδιο με το πραγματικό χρώμα του εκπεμπόμενου φωτός, αλλά όχι πάντα. Για παράδειγμα, το μωβ πλαστικό χρησιμοποιείται συχνά για υπέρυθρες λυχνίες LED και οι περισσότερες μπλε συσκευές έχουν άχρωμο περίβλημα. Τα σύγχρονα LED υψηλής ισχύος, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται για φωτισμό και οπίσθιο φωτισμό, βρίσκονται γενικά σε συσκευασίες συσκευών επιφανειακής τοποθέτησης (SMD). Ορισμένα LED έχουν διάχυτους πλαστικούς φακούς.

Βασικό LED

Το βασικό LED είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα LED. Λόγω της δημοτικότητάς του, το φέτα του είναι σχετικά φθηνότερο σε σύγκριση με άλλα LED. Φαίνεται πολύ βασικό και ο σχεδιασμός είναι πολύ απλός.

Θόλος LED

Αυτός είναι ένας τύπος LED που έχει σχήμα "Θόλος". Αυτό το σχήμα έχει σχεδιαστεί πολύ για να αυξήσει την περιοχή στην οποία μεταδίδεται το φως. Με άλλα λόγια, η Γωνία Εκπομπής (Περιφέρεια) Φωτός από το LED είναι μεγαλύτερη από τη Βασική LED. Αυτό γενικά ελέγχεται από το πόσο μακριά τοποθετούν τον πομπό φωτός από τον θόλο. Τα φύλλα προδιαγραφών σας δίνουν σχεδόν πάντα μια "γωνία μισής ισχύος" (η γωνία εκτός άξονα στην οποία βλέπετε μόνο τη μισή φωτεινότητα). Εάν θέλετε πολύ μεγαλύτερη γωνία εκπομπής, μπορείτε να κόψετε τον θόλο με ένα εργαλείο dremel. Εάν σας ενδιαφέρει, μπορείτε στη συνέχεια να αρχειοθετήσετε ή να γυαλίσετε το τέλος, αλλά δεν είναι απαραίτητο. Όσο πιο κοντά το κόψετε στη συσκευή εκπομπών, τόσο μεγαλύτερη γωνία θα έχετε. Αλλά προσέξτε να μην κόψετε πολύ κοντά γιατί υπάρχει ένα μικροσκοπικό σύρμα εκεί που συνήθως δεν φαίνεται με το μάτι. Αν και αυτός ο τύπος LED είναι ελαφρώς ακριβότερος από ένα βασικό led.

SMD LED

Αυτός ο τύπος LED είναι γενικά πολύ μικρός σε μέγεθος. SMD σημαίνει Surface Mounted Device. Και όπως υποδηλώνει το όνομά του, αυτό το LED συγκολλάται στην επιφάνεια του PCB σε αντίθεση με τα συμβατικά εξαρτήματα «διαμπερών οπών». Αυτά τα LED είναι γενικά συγκολλημένα με μηχανήματα (ρομπότ ακριβείας συγκόλλησης) και είναι εξαιρετικά δύσκολο να συγκολληθούν με το χέρι (αν και δεν είναι αδύνατο να συγκολληθούν LED με SMD με το χέρι). Για τη συγκόλληση των SMD LED με το χέρι, χρειάζεστε απλά ένα κολλητήρι με λεπτή άκρη, λίγη λεπτή συγκόλληση, έντονο φως και πιθανώς μεγεθυντικό φακό και μερικές καλές και ακριβείς δεξιότητες συγκόλλησης.

LED οθόνης

Αυτός ο τύπος LED χρησιμοποιείται κυρίως σε οθόνες καθώς το σχήμα του είναι επίπεδο.

Βήμα 4: Τύποι

ΕΙΚΟΝΑ:

1. LED με θόλο.
2. LED LED.
3. 7 Τμήμα LED οθόνης
4. LED τριών χρωμάτων (LED που αλλάζει χρώμα).

Χρώμα LED

Τα έγχρωμα και λευκά LED χρησιμοποιούνται κυρίως σε δείκτες, λαμπτήρες, εξοπλισμό φωτισμού κλπ. Είναι ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα LED

LED αλλαγής χρώματος (Tri/Bi Color LED)

Σε αυτόν τον τύπο LED, το χρώμα που εκπέμπεται από το LED αλλάζει μέσα σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Ένα μικροσκοπικό ενσωματωμένο κύκλωμα (IC) είναι ενσωματωμένο σε αυτήν την ενδεικτική λυχνία LED για τον έλεγχο της χρονικής καθυστέρησης μεταξύ της μετάβασης των διαφόρων χρωμάτων. Τα τρία/δίχρωμα LED δεν αλλάζουν χρώμα, είναι στην πραγματικότητα δύο ξεχωριστά LED (συχνά κόκκινο και πράσινο) σε ένα πακέτο. Γυρίζετε το ένα ή το άλλο για να δημιουργήσετε δύο χρώματα και τα δύο για να κάνετε ένα τρίτο.

LED υπέρυθρης (IR)

Αυτός ο τύπος ακτίνων LED υπέρυθρες ακτίνες φωτός. Αυτές οι υπέρυθρες ακτίνες δεν είναι ορατές από το Ανθρώπινο Μάτι. Αυτός ο τύπος LED λειτουργεί γενικά σε συχνότητα μετάδοσης 38KHz. Ο σχεδιαστής διαμορφώνει το LED ως τρόπο για τον δέκτη να το διακρίνει από άλλες πηγές IR. Οι λυχνίες LED διαμορφώνονται επίσης σε πολύ χαμηλές συχνότητες για να δείχνουν απλώς ένα LED που αναβοσβήνει και συχνά διαμορφώνονται σε σχετικά υψηλές συχνότητες με διαφορετικό κύκλο λειτουργίας για τον αποτελεσματικό έλεγχο της φωτεινότητάς τους. Στη συνέχεια, ορισμένες διαμορφώνονται σε πολύ υψηλότερες συχνότητες για την αποστολή δεδομένων (όπως χρησιμοποιούνται για παράδειγμα στις οπτικές ίνες). Χρησιμοποιείται κυρίως σε συσκευές τηλεχειριστηρίου και επικοινωνίας μικρής εμβέλειας. Μπορείτε να δοκιμάσετε ένα LED IR βλέποντάς το κάτω από μια κάμερα, ενώ ένα ρεύμα εφαρμόζεται στο LED. Με άλλα λόγια, οι κάμερες μπορούν να ανιχνεύσουν ακτίνες IR που εκπέμπονται από το LED. Οι κάμερες που δεν διαθέτουν φίλτρο μπλοκ IR μπορούν γενικά να βλέπουν αρκετά κοντά στο IR (και τείνουν να είναι φθηνές κάμερες και ιδιαίτερα κάμερες ασφαλείας). Αλλά πρέπει να αναφερθεί ότι ακόμη και ορισμένες κάμερες κινητών τηλεφώνων δεν βλέπουν καθόλου καλά τα LED LED λόγω του φίλτρου μπλοκ IR.

7 Τμήμα LED οθόνης

Ένα LED οθόνης 7 τμημάτων είναι ένα LED που αποτελείται από 7 LED οθόνης που συνδέονται με τη μορφή 8. Χρησιμοποιείται σε αριθμομηχανές, οθόνες κλπ. Ένα LED παρόμοιο με αυτό χρησιμοποιείται επίσης για την εμφάνιση αλφαβήτων.

UV LED

Τα UV LED εκπέμπουν υπεριώδεις ακτίνες φωτός. Αυτές οι ακτίνες έχουν διάφορες εφαρμογές όπως αποστείρωση, καθαρισμός νερού κ.

Βήμα 5: Υπολογιστής αντίστασης για LED

ΕΙΚΟΝΕΣ:

1. Διάφορες αντιστάσεις και LED.
2. Λογότυπο εφαρμογής Υπολογιστής αντίστασης LED.

Έτσι, η πιο κοινή ερώτηση που τίθεται για τα LED είναι η κατάλληλη αντίσταση για χρήση μαζί. Ο λόγος που χρησιμοποιείται μια αντίσταση μαζί με τα LED είναι για να τα προστατεύσει από το υπερβολικό ρεύμα που μπορεί να κάψει και να βλάψει το LED. Αλλά η επιλογή του σωστού LED δεν είναι τόσο απλή. Γιατί; Λοιπόν, αν επιλέξετε πολύ υψηλή αντίσταση, το LED δεν θα εκπέμπει το μέγιστο φως του. Και αν έχετε χαμηλή αντίσταση, υπάρχουν πιθανότητες να καταστραφεί το LED.

Έτσι, εφευρέθηκε ένας απλός τύπος:

Αντίσταση = (Τάση πηγής - Τάση LED) / (Ρεύμα LED / 1000)

*Λάβετε υπόψη ότι το ρεύμα LED είναι σε milliamps (mA)

Για να διευκολύνετε αυτόν τον υπολογισμό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον δωρεάν Υπολογιστή αντίστασης LED LED Android App. Είναι μια εφαρμογή που έχει σχεδιαστεί ειδικά για αυτό το Instructable. Άλλες δυνατότητες και περισσότερες συναφείς με ηλεκτρονικές λειτουργίες και αριθμομηχανές θα προστεθούν σε αυτήν την εφαρμογή. Η εφαρμογή αναπτύχθηκε από την BluBot Technologies. Μπορείτε να ελέγξετε τις οδηγίες του και να επικοινωνήσετε μαζί του μέσω του Orangeboard @Nathan Neal Dmello. Αναλαμβάνει επίσης διάφορα άλλα έργα στην ανάπτυξη εφαρμογών, ιστοσελίδων, προγραμμάτων υπολογιστών κλπ. Μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί του μέσω της ιστοσελίδας του.

Βήμα 6: Χρήσεις

ΕΙΚΟΝΑ:

1. Τηλεχειριστήριο χωρίς πάτημα του κουμπιού.
2. Τηλεχειριστήριο τηλεόρασης με πατημένο το κουμπί και εντοπισμένο φλας IR LED.
3. Λωρίδα LED Dome από φακό έκτακτης ανάγκης.
4. Φλας LED μιας κάμερας smartphone.
5. Δείκτες ισχύος LED φορητού υπολογιστή.

Τα LED χρησιμοποιούνται παντού. Από το φλας του τηλεφώνου σας, στο μουσικό σύστημα των αυτοκινήτων σας, στα φώτα του κήπου σας, στην οθόνη της τηλεόρασής σας. Βασικά η προσαρμοστική φύση και η αποτελεσματικότητά τους τους έδωσε μια θέση στα περισσότερα ηλεκτρονικά gadget.

Μερικές από τις πιο γνωστές χρήσεις είναι:

1. Φωτισμός.
2. Οθόνες.
3. Δείκτες.
4. Διακοσμητικά φώτα και αντικείμενα.
5. Τηλεχειριστήριο.
6. Αποστείρωση.
7. Καθαρισμός του Νερού.
8. Οδοντιατρική & άλλες ιατρικές εφαρμογές.

Βήμα 7: Δοκιμή & κύκλωμα

ΕΙΚΟΝΑ:

1. Πολύμετρο που χρησιμοποιείται για τη δοκιμή LED.
2. Απλό κύκλωμα με LED.

Δοκιμές

Ένας κλασικός γρήγορος ελεγκτής χρώματος, φωτεινότητας και πολικότητας είναι μόνο ένα κελί νομίσματος λιθίου 3V (π.χ. CR2032). Φυσικά, αγγίξτε μόνο τα LED χαμηλότερης τάσης, διαφορετικά μπορεί να υπερθερμανθούν!

Ορισμένες λυχνίες LED μπορούν να ελεγχθούν κατά παραγγελία για να ελέγξουν εάν λειτουργεί σωστά χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο και ακολουθώντας τα βήματα:

1. Ρυθμίστε τον επιλογέα του πολύμετρου στη λειτουργία «Συνέχεια».
2. Τώρα συνδέστε την άνοδο (+) της λυχνίας LED στον αισθητήρα RED/Positive/(+) του πολύμετρου και συνδέστε την κάθοδο (-) της λυχνίας LED στον αισθητήρα BLACK/Negative/(-) του πολύμετρου.
3. Εάν η λυχνία LED λειτουργεί, το πολύμετρο θα αρχίσει να παράγει έναν ήχο «Μπιπ». Και μια τιμή θα εμφανιστεί στην οθόνη του πολύμετρου. Επιπλέον, το LED πρέπει να ανάψει.

*Η δοκιμή ενός LED χρησιμοποιώντας τη λειτουργία συνέχειας ενός πολύμετρου συνήθως δεν θα λειτουργήσει επειδή τα περισσότερα πολύμετρα εφαρμόζουν μόνο χαμηλή τάση, μικρότερη από 1V, για τις δοκιμές αντίστασης και συνέχειας. Αν το κάνει, το πολύμετρο δεν θα κάνει συνεχή μπιπ. μπορεί να κάνει ένα σύντομο μπιπ. Πολλά πολύμετρα διαθέτουν λειτουργία δοκιμής διόδου, που υποδεικνύεται από ένα σύμβολο διόδου, το οποίο ισχύει έως και 2V σε όλη τη δίοδο. Αυτό θα σας πει αξιόπιστα την πολικότητα πολλών LED αλλά όχι απαραίτητα μπλε και άσπρες λυχνίες LED με υψηλές τάσεις εμπρός.

Μπορείτε επίσης να δοκιμάσετε τη λυχνία LED και οποιοδήποτε άλλο εξάρτημα με τη βοήθεια αυτού του κυκλώματος:- Ελεγκτής ηλεκτρονικών στοιχείων αισθητήρα

Κύκλωμα

Αυτό είναι ένα από τα πιο βασικά και ευέλικτα κυκλώματα που μπορείτε να βρείτε που χρησιμοποιούν LED σε αυτό. Ο λόγος για τον οποίο είναι ένα εξαιρετικό κύκλωμα για να ξεκινήσετε είναι ότι μπορεί επίσης να ελέγξει τη λειτουργία οποιωνδήποτε άλλων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων ή ηλεκτρονικών αισθητήρων. Μπορείτε επίσης να δείτε ένα αναλυτικό σεμινάριο που θα σας βοηθήσει να κάνετε αυτό το κύκλωμα: Ελεγκτής ηλεκτρονικών αισθητήρων

Επόμενοι στον Διαγωνισμό Τεχνικής

Δεύτερο βραβείο στο Teach It! Διαγωνισμός Χορηγός Dremel